Toprağın Bileşimi

Toprağın Bileşimi

Toprak; katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç ayrı fazdan oluşmuştur. Katı faz inorganik ve organik bileşiklerden, sıvı faz sudan ve gaz fazı ise havadan ibarettir. Katı fazı oluşturan inorganik ve organik maddelerin ağırlık olarak topraktaki miktarları pek çok faktöre göre değişiklik gösterir. Örneğin kumlu bir toprakta inorganik madde miktarı %100 olabileceği gibi organik oluşumlu topraklarda inorganik madde miktarı %5’e kadar düşebilmektedir. Ancak orta bünyeli ve verimli bir toprağın ağırlıkça %95 inorganik, %5 organik madde kapsadığı söylenebilir.

Toprak katı fazı toplam hacmin %50’sini oluşturur diğer %50 hacim ise su ve hava tarafından doldurulmuştur. Topraktaki inorganik maddelerin ortalama özgül ağırlığını 2.7 gr/cm3 kabul edersek, ağırlıkça %95 inorganik madde içeren bir toprağın hacimsel bileşiminin %38 inorganik madde, %12 organik madde, %15-35 su ve %15-35 havadan meydana geldiği ortaya çıkmaktadır. Ancak havadaki toprak ve su miktarları, toprağın solma noktasında ya da tarla kapasitesinde olmasına göre birbiri aleyhine değişmektedir. Toprak çözeltisinin bileşimi sulama ve gübreleme gibi kültürel işlemeler yanında topraktaki inorganik ve organik maddelerin bileşimine bağlı olarak değişir. Çünkü toprak çözeltisi bu maddelerin suda çözülmesiyle oluşmaktadır. Toprak havası, atmosfer ile aynı yapıya sahip olmakla beraber CO2 oranı bakımından farklılık gösterir. Toprak havası atmosfere oranla 10 kat daha fazla CO2 kapsamaktadır. Atmosferde %0.03 olan CO2 oranı, toprak havasında %0.3 civarındadır. Bunun nedeni kök faaliyeti sonucu açığa çıkan ya da toprakta cereyan eden kimyasal olaylardan oluşan CO2 gazının toprak havasında CO2 miktarını artırmasıdır.

1. Toprağın mineral bileşimi: Bilinen bütün doğal elementler toprakta bulunabilir ancak bu elementlerden O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, P, Mn, S, Cl ve C olmak üzere 14 tanesi arz kabuğunun %99.8’ini oluştururlar. Diğer elementlerin topraktaki miktarı çok azdır. Bu 14 elementten sadece O, Si, Al ve Fe toprak inorganik bileşiminin %90’nını meydan getirirler.

2. Kayalar
Arz kabuğunda bulunan kayalar genel olarak üç grup altında incelenir:

2.1. Püskürük kayalar
Magma’nın farklı derinliklerinde soğuyup katılaşmasının sonucunda oluşmuşlardır. Yer kabuğunun derin tabakalarında magmanın yavaş soğuması sonunda oluşan ve bu yüzden iri kristalli olan püskürük kayalara iç püskürük kayalar denir. Yeryüzüne çıkarak ya da yeryüzüne yakın tabakalarda ani soğumayla oluşan küçük kristalli büyük kayalara ise dış püskürük kayalar denir. İç püskürük kayalara örnek olarak Granit, Diyorit,Gabro verilebilir. Dış püskürük kayalara örnekler ise Riyolit, Bazalt ve Andezit ’tir.

2.2. Tortul kayalar
Püskürük kayaların ayrışık parçalanması ve bu materyalin birikip sertleşmesi sonucu meydana gelirler. Ayrışma ve parçalanmayla oluşan materyal rüzgar ve buzul gibi etmenlerle taşınarak yeni birikimler meydana getirir. Bu yığınakların sertleşmesiyle Tortul Kayalar oluşur. Tortul Kayalar’ a örnek Kum Taşı, Kireç Taşı, Dolomit ve Konglomera dır.

2.3. Başkalaşım ( metamorfik ) kayalar
Tortul ve püskürük kayaların ısı ve basınç altında bazen gaz ve sıvıların ona katılmasıyla değişime uğramasıyla meydana gelirler. Tortul Kayalardan Kum Taşı, Kuvarsit ’e, Şevl, Arduaz ’a, Kireç Taşları ise Mermer ’e dönüşür.

3. Toprağı oluşturan mineraller:
Mineraller iki veya daha fazla elementin birleşmesinden oluşan inorganik bileşiklerdir. Kayalar ise minerallerin bir araya gelmesinden oluşmuşlardır. Örneğin Granit’ in yapısında Kuvars, Mika ve Feldspat mineralleri başat durumundadır. Kayaların fiziksel parçalanma ve kimyasal ayrışmaları sonucunda yapılarındaki mineraller toprağa geçer. Toprakta bulunan mineraller Primer ve sekonder olmak üzere iki grupta incelenirler.

3.1. Primer mineraller
Ana kayanın parçalanıp ayrışması sonucunda ortaya çıkarlar. Genellikle kum ve şilt fraksiyonlarında bulunurlar. Bazı hallerde kil fraksiyonunda yani 2 mikrondan küçük toprak fraksiyonu, içinde primer mineraller rastlanır. Toprakta yaygın olarak bulunan primer mineraller, Kuvars, Feldspat, Piroksen, Amfibol, Olivin ve Mika ‘dır.

3.2. Sekonder mineraller

Primer minerallerin ayrışma ve parçalanmalarıyla oluşurlar. Burada en grubu kil mineralleri teşkil eder. Topraklardaki minerallerin bileşik özellikleri toprakta cereyan eden fiziksel ve kimyasal olaylar bakımından çok önemlidir. Bu nedenle toprakta bulunan minerallerin bileşim ve özelliklerini bilmek toprak kimyası açısından önemlidir.

3.3. Oksit grubu mineraller:Bu gruba oksitler, hidroksitler girmektedir. Bunlardan toprak kimyası bakımından önem taşıyanlar şunlardır:

Silisyum Oksitler: Kuvars, Kristobalit, Kalkodoni
Demir Oksitler: Hematit, Limonit, Magnasit, Geotit
Alüminyum Oksitler: Korendon, Gibsit, Diaspor
Manganez Oksitler: Manganit, Hausmanit, Prolusit
Titanyum Oksitler: Rutil, İlmenit

3.4. Karbonat grubu mineraller:Karbonik asidin tuzlarıdır. Bu gruba örnek mineraller; Kalsit, Dolomit,Siderit.
3.5. Fosfat grubu mineraller:Ortofosforik Asit (H3PO4) tuzlarına fosfat mineralleri denir. Örnek olarak Apatit, Fluorapatit,Hidroksipalatit, Vivanit, Vavelit.

3.6. Kükürt grubu mineraller:Bu gruba örnek mineraller Pirit ve Jips ’tir.

3.7. Silikat grubu mineraller:Metasilis, Ortosilis ve Polisilis asidi tuzları olmak üzere üç kısma ayrılır.

4.Toprağın mineral bileşimine etki eden faktörler

4.1. Ana materyalin bileşimi

Ana materyalin birleşimi toprağın mineral birleşimini etkiler. Daha önce verilen örnekte olduğu gibi Kalker ve Granit kayaları üzerinde oluşan toprakların CaO kapsamlarının farklılık göstermesi ana kayanın ve bundan oluşan ana materyalin toprağın mineral bileşimi üzerine etkisini ortaya koymaktadır. Toprak oluşumu sırasında cereyan eden kimyasal olaylara bağlı olarak ana materyal ile toprağın mineral birleşimi arasında önemli farklar meydana gelebilmektedir.

4.2. Minerallerin ayrışma olaylarına dayanıklılığı

Minerallerin ayrışma olaylarına dayanıklılığı toprakların ana bileşimlerine etki eder. Mika minerali buna örnektir. Beyaz Mika ayrışma olaylarına dayanıklıdır. Çünkü oktaheder tabakada Fe ve Mg bulunmaz. Minerallerin yapısal özelliklerindeki farlılıklar bunların ayrışmaya dayanıklılıklarını etkilemektedir. Genel kural olarak açık renkli minerallerin koyu renklilere göre daha dayanıklı olduğu söylenebilir.

4.3. Ayrışma ve parçalanma olaylarının şiddeti

Ayrışma hızının toprağın mineral bileşimine etkisi tipik olarak Podsol tipi topraklarda görülmektedir. Bu toprakta asitliğin artmasıyla ayrışma şiddetlenir. Kil mineralleri parçalanarak alt horizonlara taşınır. Tropik bölge topraklarından olan Lateritler’de ise şiddetli ayrışma sonucu Si kolloidal hale geçerek yıkanır. Fe, Al ve Ti oksitler ise yüzeyde birikir.



5. Toprak oluşumunda kimyasal ayrişma olaylari
Toprakta cereyan eden kimyasal ayrışma olayları gerek ana kayanın ayrışmasından ve gerekse ayrışma ürünlerinin yeni bileşiklere dönüşmesinde rol oynarlar. Ayrıca bu olaylar toprak oluşumundan sonra da devam ederek zamanla toprak yapısının değişmesine neden olurlar. Kimyasal ayrışma olayları kaya ve minerallerin yüzeylerine cereyan ettiği için yüzeyi ne kadar geniş olursa diğer bir deyimle daneler ne kadar küçük ise ayrışma hızı o oranda artar. Bu yüzden fiziksel parçalanma kimyasal ayrışmaya zemin hazırlayıcı niteliktedir.

Kimyasal olaylarda en önemli etken sudur. Çünkü su hem iyi bir çözücü hem de zor çözülen bileşiklerin hidrolitik parçalanmalarını kolaylaştıran bir maddedir. Ayrıca toprakta inorganik ve organik asitlerin oluşmasını sağlar. Kimyasal ayrışma olaylarında diğer önemli etmenler; CO2 , O2 ve H iyonlarıdır.

5.1. Hidratasyon:Hidratasyon olayı minerallerin bünyelerine su almaları olayıdır. Suyun mineraller tarafından tutulması suyun dipol karakterinden kaynaklanmaktadır. Su molekülü dipol özelliklerinden dolayı, kristal kafes yüzeyindeki anyonlar ve katyonlar tarafından tutularak minerallere bağlanır.

5.2. Hidroliz (absorbsiyon): Kimyasal ayrışma olayları içerisinde önemli bir yeri olan hidroliz olayı bir bileşiğin, suyun dissasiasyonu sonucunda oluşan H ve OH iyonlarından birini ya da her ikisini bünyesine alarak yeni bileşikler oluşturmasıdır.

5.3. Oksidasyon: Toprakta cereyan eden en önemli olaylardan birisi de oksidasyondur. Kimyasal anlamda oksidasyon; bir elementin elektron vererek değerliğinin yükselmesidir. Daha basit bir tanımlamayla oksijen alma ya da hidrojen verme eylemidir. Oksidasyon olayı ile ayrışma genelde Fe ve Mn içeren minerallerde görülür.

5.4. Redüksiyon Bir element kimyasal değişmelerde elektron alıyor ve değerliliği azalıyorsa bu olaya “Redüksiyon” ( indirgenme ) denir. Daha açık bir tanımlamayla Oksidasyon’un tam tersidir. Oksidasyon olayı oksijen varlığında oluşurken, Redüksiyon kötü havalanma koşullarında ve oksijenin yokluğunda gerçekleşir.

5.5. Çözünme Çözünme şeklindeki ayrışma çoğunlukla suda kolay çözünebilen alkali ve toprak alkalisi tuzlarda görülür. Çünkü su topraktaki birçok mineral için zayıf bir çözücüdür. Fakat içinde CO2, organik ve inorganik asitler ya da tuzlar bulunması halinde çözme gücü artar. Bu nedenle toprak çözeltisi ve CO2 ‘li suların kimyasal ayrışma olaylarında önemli etkileri vardır.

6. Toprakta bulunan serbest oksitler
Ayrışma olayları sonucunda oluşan bileşiklerin tarımsal açıdan en önemlileri kil mineralleri olmakla beraber Si, Al, Fe, Mn ve Ti oksitler, hidroksitler ve oksihidroksitler de büyük önem taşımaktadır. Bu bileşikler serbest oksitler olarak adlandırılırlar. Topraktaki serbest oksitlerin bitkisel üretim yönünden önemleri şöyle özetlenebilir:

Toprakta iyi bir strüktür oluşumu sağlarlar. Yapıştırıcı özelliklerinden dolayı toprak zerrelerini birbirine bağlamak suretiyle agregatlaşma ve strüktür oluşumunda önemli rol oynarlar.
Toprağın su tutma kapasitesini artırırlar. Serbest oksitler suyu bağlama yeteneklerinden dolayı toprakta daha çok su tutulmasını sağlarlar.
Az miktarda da olsa anyon ve katyon değişimi yaparlar.
Fosfat iyonlarıyla suda çözünmez bileşikler oluşturarak fosforun bitki tarafından alınamaz forma dönüştürürler. Toprakta bulunan serbest oksitler:

SiO ve Silis asitleri

Kuvars
Kristobalit
Kalkadoni
Alüminyum oksitler
Demir oksitler
Manganez oksitler
Mitanyum oksitler